CN102914280A - 一种基于角度测量的树木尺寸测量装置与方法 - Google Patents

Abstract

一种基于角度测量的树木尺寸测量装置与方法属于测量仪器与测量方法，具体用于森调中任意环境下的树高、胸径、树冠直径的测量装置和方法；该装置包括水平标尺，沿水平标尺上表面水平滑动的垂直标尺，配置在垂直标尺顶端的水平转轴，与水平转轴顶端连接的固定装置，与固定装置连接的测量装置；所述的垂直标尺包括尺套和尺杆，尺杆能够在尺套中沿竖直方向伸缩；所述的水平转轴的转动平面为水平面；所述的固定装置包括垂直转轴，所述的垂直转轴的转动平面垂直于水平面；该方法仅采用三角函数配合四则运算即可完成，因此该装置和方法具有测量方便、造价低廉的有益效果。

Description

一种基于角度测量的树木尺寸测量装置与方法

技术领域

一种基于角度测量的树木尺寸测量装置与方法属于测量仪器与测量方法，具体用于森调中任意环境下的树高、胸径、树冠直径的测量装置和方法。

背景技术

由于我国林业生产由以树木采伐为主的生产模式向封山育林模式转变，森林调查的任务加重，采用传统的调查方式和调查设备，从工作效率和调查精度都不能满足工作的需要，而现有的激光测距仪成本过于昂贵，又限制了其使用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种树木尺寸测量装置与测量方法；该装置和方法测量方便、造价低廉，解决了传统树木测量设备在野外环境下进行测量时，由于森林立木生长环境的复杂性带来的水平距离测量难度大，导致测量精度低问题，为我国林业物联网建设提供电子类的测量装置。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，包括水平标尺，沿水平标尺上表面水平滑动的垂直标尺，配置在垂直标尺顶端的水平转轴，与水平转轴顶端连接的固定装置，与固定装置连接的测量装置；所述的垂直标尺包括尺套和尺杆，尺杆能够在尺套中沿竖直方向伸缩；所述的水平转轴的转动平面为水平面；所述的固定装置包括垂直转轴，所述的垂直转轴的转动平面垂直于水平面。

上述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，所述的水平标尺的长度不小于1m。

上述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，所述的垂直标尺中尺杆在尺套中伸缩的的长度不小于1m。

上述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，所述的水平转轴的转动角度为360°。

上述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，所述的垂直转轴的转动角度为±70°。

上述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，所述的测量端包括摄像头、红外瞄准器、控制器、配置在水平转轴上的水平倾角传感器、配置在垂直转轴上的垂直倾角传感器，所述的摄像头、红外瞄准器、水平倾角传感器以及垂直倾角传感器均与控制器连接。

上述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，还包括与控制器连接的ID读卡器接口、触摸屏、键盘、以太网接口以及SD卡卡槽。

一种基于角度测量的树木尺寸测量方法，包括：

测量树高的方法：

首先将尺杆缩回到尺套的最低位置，得到测量装置与树根的夹角α₁，测量装置与树尖的夹角α₂，再将尺杆从尺套的最低位置向上伸出1m的距离，得到测量装置与树根的夹角β₁，利用如下公式得到树高：

$H=\frac{\tan \left({\mathrm{\α}}_2\right)-\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)}{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right)}$

式中，如果树根高于测量装置，则α₁和β₁的符号为正，否则为负；如果树尖高于测量装置，则α₂的符号为正，否则为负；

测量树冠直径的方法：

在保证测量装置与树干的距离大于树冠半径的前提下，首先将尺杆缩回到尺套的最低位置，得到测量装置与树冠树干交点位置的夹角α₁，测量装置与树冠边缘的夹角α₂，再将尺杆从尺套的最低位置向上伸出1m的距离，得到测量装置与树冠树干交点位置的夹角β₁，利用如下公式得到树高：

$D=2\×(\frac{1}{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right)}-\frac{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)}{\tan \left({\mathrm{\α}}_2\right)\×(\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right))})$

式中，如果树冠树干交点位置高于测量装置，则α₁和β₁的符号为正，否则为负；如果树冠边缘高于测量装置，则α₂的符号为正，否则为负；

测量胸径的方法：

首先将测量装置正对树干，得到树干左侧边缘与测量装置的夹角以及树干右侧边缘与测量装置的夹角分别为β₁和β₂；再将测量装置沿其正对的树干的方向，向前移动1m的距离后，得到树干左侧边缘与测量装置的夹角以及树干右侧边缘与测量装置的夹角分别为α₁和α₂；利用如下公式得到胸径：

$D=2\×\frac{\tan \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)\×\tan \left(\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}\right)}{\tan \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)-\tan \left(\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}\right)}$

式中，α₁、α₂、β₁和β₂的符号均为正。

由于本测量装置包括水平标尺，沿水平标尺上表面水平滑动的垂直标尺，配置在垂直标尺顶端的水平转轴，与水平转轴顶端连接的固定装置，与固定装置连接的测量装置；所述的垂直标尺包括尺套和尺杆，尺杆能够在尺套中沿竖直方向伸缩；所述的水平转轴的转动平面为水平面；所述的固定装置包括垂直转轴，所述的垂直转轴的转动平面垂直于水平面；该测量方法仅采用三角函数配合四则运算即可完成，因此该装置和方法具有测量方便、造价低廉的有益效果，解决了传统树木测量设备在野外环境下进行测量时，由于森林立木生长环境的复杂性带来的水平距离测量难度大，导致测量精度低问题，为我国林业物联网建设提供电子类的测量装置。

附图说明

图1是本发明测量装置的结构示意图。

图2是本发明电子设备之间的电气连接示意图。

图3为测量树高的方法示意图。

图4为测量树冠直径的方法示意图。

图5为测量胸径的方法示意图。

图中：1水平标尺、2垂直标尺、21尺套、22尺杆、3水平转轴、31水平倾角传感器、4固定装置、5测量端、51摄像头、52红外瞄准器、53控制器、54ID读卡器接口、55触摸屏、56键盘、57以太网接口、58SD卡卡槽、6垂直转轴、61垂直倾角传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施例作进一步详细描述。

本实施例的基于角度测量的树木尺寸测量装置结构示意图如图1所示，该测量装置包括长度为1m的水平标尺1，沿水平标尺1上表面水平滑动的垂直标尺2，配置在垂直标尺2顶端的水平转轴3，与水平转轴3顶端连接的固定装置4，与固定装置4连接的测量装置5；所述的垂直标尺2包括尺套21和尺杆22，尺杆22能够在尺套21中沿竖直方向伸缩，伸缩的长度最大为1.5m；所述的水平转轴3的转动平面为水平面，且能够做360°旋转；所述的固定装置4包括转轴沿竖直方向具有所述的固定装置4包括垂直转轴6，所述的垂直转轴6的转动平面垂直于水平面，且能够做±70°旋转。

上述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，所述的测量端5包括摄像头51、红外瞄准器52、控制器53、配置在水平转轴3上的水平倾角传感器31、配置在垂直转轴5上的垂直倾角传感器51，所述的摄像头51、红外瞄准器52、水平倾角传感器31以及垂直倾角传感器51均与控制器53连接；包括与控制器53连接的ID读卡器接口54、触摸屏55、键盘56、以太网接口57以及SD卡卡槽58，电子元件之间的电气连接示意图如图2所示。

本实施例的基于角度测量的树木尺寸测量方法，包括：

测量树高的方法：

首先将尺杆22缩回到尺套21的最低位置，得到测量装置5与树根的夹角α₁，测量装置5与树尖的夹角α₂，再将尺杆22从尺套21的最低位置向上伸出1m的距离，得到测量装置5与树根的夹角β₁，利用如下公式得到树高：

$H=\frac{\tan \left({\mathrm{\α}}_2\right)-\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)}{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right)}$

式中，如果树根高于测量装置5，则α₁和β₁的符号为正，否则为负；如果树尖高于测量装置5，则α₂的符号为正，否则为负；测量树高的方法示意图如图3所示。

测量树冠直径的方法：

在保证测量装置5与树干的距离大于树冠半径的前提下，首先将尺杆22缩回到尺套21的最低位置，得到测量装置5与树冠树干交点位置的夹角α₁，测量装置5与树冠边缘的夹角α₂，再将尺杆22从尺套21的最低位置向上伸出1m的距离，得到测量装置5与树冠树干交点位置的夹角β₁，利用如下公式得到树高：

$D=2\×(\frac{1}{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right)}-\frac{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)}{\tan \left({\mathrm{\α}}_2\right)\×(\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right))})$

式中，如果树冠树干交点位置高于测量装置5，则α₁和β₁的符号为正，否则为负；如果树冠边缘高于测量装置5，则α₂的符号为正，否则为负；测量树冠直径的方法示意图如图4所示。

测量胸径的方法：

首先将测量装置5正对树干，得到树干左侧边缘与测量装置5的夹角以及树干右侧边缘与测量装置5的夹角分别为β₁和β₂；再将测量装置5沿其正对的树干的方向，向前移动1m的距离后，得到树干左侧边缘与测量装置5的夹角以及树干右侧边缘与测量装置5的夹角分别为α₁和α₂；利用如下公式得到胸径：

$D=2\×\frac{\tan \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)\×\tan \left(\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}\right)}{\tan \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)-\tan \left(\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}\right)}$

式中，α₁、α₂、β₁和β₂的符号均为正，测量胸径的方法示意图如图5所示。

Claims (8)

1.一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，其特征在于包括水平标尺（1），沿水平标尺（1）上表面水平滑动的垂直标尺（2），配置在垂直标尺（2）顶端的水平转轴（3），与水平转轴（3）顶端连接的固定装置（4），与固定装置（4）连接的测量装置（5）；所述的垂直标尺（2）包括尺套（21）和尺杆（22），尺杆（22）能够在尺套（21）中沿竖直方向伸缩；所述的水平转轴（3）的转动平面为水平面；所述的固定装置（4）包括垂直转轴（6），所述的垂直转轴（6）的转动平面垂直于水平面。

2.根据权利要求1所述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，其特征在于所述的水平标尺（2）的长度不小于1m。

3.根据权利要求1所述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，其特征在于所述的垂直标尺（2）中尺杆（22）在尺套（21）中伸缩的的长度不小于1m。

4.根据权利要求1所述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，其特征在于所述的水平转轴（3）的转动角度为360°。

5.根据权利要求1所述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，其特征在于所述的垂直转轴（6）的转动角度为±70°。

6.根据权利要求1所述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，其特征在于所述的测量端（5）包括摄像头（51）、红外瞄准器（52）、控制器（53）、配置在水平转轴（3）上的水平倾角传感器（31）、配置在垂直转轴（6）上的垂直倾角传感器（61），所述的摄像头（51）、红外瞄准器（52）、水平倾角传感器（31）以及垂直倾角传感器（51）均与控制器（53）连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于角度测量的树木尺寸测量装置，其特征在于还包括与控制器（53）连接的ID读卡器接口（54）、触摸屏（55）、键盘（56）、以太网接口（57）以及SD卡卡槽（58）。

8.一种基于角度测量的树木尺寸测量方法，其特征在于包括：

测量树高的方法：

首先将尺杆（22）缩回到尺套（21）的最低位置，得到测量装置（5）与树根的夹角α₁，测量装置（5）与树尖的夹角α₂，再将尺杆（22）从尺套（21）的最低位置向上伸出1m的距离，得到测量装置（5）与树根的夹角β₁，利用如下公式得到树高：

$H=\frac{\tan \left({\mathrm{\α}}_2\right)-\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)}{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right)}$

式中，如果树根高于测量装置（5），则α₁和β₁的符号为正，否则为负；如果树尖高于测量装置（5），则α₂的符号为正，否则为负；

测量树冠直径的方法：

在保证测量装置（5）与树干的距离大于树冠半径的前提下，首先将尺杆（22）缩回到尺套（21）的最低位置，得到测量装置（5）与树冠树干交点位置的夹角α₁，测量装置（5）与树冠边缘的夹角α₂，再将尺杆（22）从尺套（21）的最低位置向上伸出1m的距离，得到测量装置（5）与树冠树干交点位置的夹角β₁，利用如下公式得到树高：

$D=2\×(\frac{1}{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right)}-\frac{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)}{\tan \left({\mathrm{\α}}_2\right)\×(\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)-\tan \left({\mathrm{\β}}_1\right))})$

式中，如果树冠树干交点位置高于测量装置（5），则α₁和β₁的符号为正，否则为负；如果树冠边缘高于测量装置（5），则α₂的符号为正，否则为负；

测量胸径的方法：

首先将测量装置（5）正对树干，得到树干左侧边缘与测量装置（5）的夹角以及树干右侧边缘与测量装置（5）的夹角分别为β₁和β₂；再将测量装置（5）沿其正对的树干的方向，向前移动1m的距离后，得到树干左侧边缘与测量装置（5）的夹角以及树干右侧边缘与测量装置（5）的夹角分别为α₁和α₂；利用如下公式得到胸径：

$D=2\×\frac{\tan \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)\×\tan \left(\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}\right)}{\tan \left(\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2}{2}\right)-\tan \left(\frac{{\mathrm{\β}}_1+{\mathrm{\β}}_2}{2}\right)}$

式中，α₁、α₂、β₁和β₂的符号均为正。

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